Приготовление настоев

Модуль 2. Технология парфюмерно-косметических продуктов. Основные технологические методы для их производства.

 

 

В главе 6 были достаточно подробно рассмотрены вопросы добывания эфирных масел, однако авторы считают необходимым еще раз обратить внимание на процессы экстракции при получении экстрагируемых веществ из растительного и животного сырья, используемых в парфюмерных композициях.

Так, настои получают экстракцией (настаивание и перколяция). Сущность экстракционного процесса заключается в растворе­нии душистых и других экстрагируемых веществ, находящихся в исходном сырье, в результате воздействия растворителя на предварительно подготовленное (в соответствии с регламен­том) сырье.

Процесс экстрагирования основан на свойстве веществ, об­ладающих разными концентрациями, при соприкосновении друг с другом взаимно диффундировать.

Процесс экстракции состоит из двух процессов – молеку­лярной и конвективной диффузий.

Молекулярная диффузия – это диффузия экстрагируемых веществ из частиц материала к их наружной поверхности.

Конвективная диффузия – переход этих веществ от наруж­ной поверхности частиц в растворитель.

Молекулярная диффузия (количество продиффундированного вещества S) определяется по следующей формуле:

где F – поверхность диффузии; τ – время; градиент концентрации (разность концентрации на одну единицу длины пути); D – коэффициент диффузии *.

*D – коэффициент диффузии представляет собой количество вещества, переносимого в единицу времени через единицу поверхности при градиенте концентрации, равном единице.

Во время процесса экстракции растворитель, действуя сна­чала на растворимые компоненты, находящиеся на поверхности экстрагируемого материала, извлекает их сравнительно быстро; значительно медленнее извлекаются они через неразрушенные клеточные оболочки.

Таким образом, чем сильнее измельчено сырье, т. е. чем больше площадь F контакта его с растворителем, тем выше возможность для растворителя проникнуть в толщу сырья.

Однако, измельчение сырья должно быть не слишком, т. к. на скорость экстракции влияет также характер движения растворителя через толщу экстрагируемого материала и разме­ры каналов между отдельными частицами.

Для ускорения процесса экстракции необходимо:

— увеличение поверхности взаимодействия F между фазами, что может быть достигнуто путем измельчения твердого веще­ства и устройства перемешивающих приспособлений при экстрагировании из твердых тел;

— увеличение градиента концентрации определяющего движущую силу процесса, что может быть достигнуто увеличе­нием количества растворителя или проведением процесса экс­трагирования противотоком;

— увеличение продолжительности экстрагирования τ, вслед­ствие чего возрастает количество извлеченного вещества S.

Процесс экстракции следует вести при максимально воз­можных температурах, так как коэффициент диффузии D в растворе зависит от температуры, вязкости среды и размера молекул диффундирующего вещества. Повышение температуры увеличивает кинетическую энергию молекул и, следовательно, ускоряет их молекулярное движение и является средством ускорения диффузии.

Основным уравнением конвективной диффузии является следующее:

S = β · F · ∆c · τ,

где S, F, ∆с, τ – имеют то же значение, что и в уравнении молекулярной диффузии; β – константа скорости диффузии (константа скорости диффузии, представляющая собой количество вещества, переносимое через единицу поверхности в единицу времени при разности концентраций, равной единице), ∆с – разность концентрации на поверхности частицы и в экстракте.

Если при молекулярной диффузии перенос вещества проис­ходит в результате кинетической энергии теплового движения молекул, то при конвективной диффузии – за счет энергии, приносимой извне, путем приложения внешних сил к смеси (разность уровней, напор, создаваемый насосом и т. п.).

В настоящее время в производственных условиях применя­ются два метода экстрагирования: настаивание (мацерация) и прокачка растворителя через слой экстрагируемого материа­ла (перколяция).

Метод настаивания (мацерация). В экстракционный аппа­рат загружают экстрагируемый материал, предварительно под­готовленный к экстракции, заливают спиртом и оставляют на срок в соответствии с регламентом.

По истечении установленного для этого материала срока на­стаивания жидкость сливают и получают настой № 1. Отжа­тый экстрагируемый материал вновь заливают таким же ко­личеством спирта, что и в первый раз, и вновь оставляют на­стаиваться на срок, установленный регламентом для этого вида сырья. По истечении времени слитая и отжатая из остатка жидкость образует настой № 2. Обычно этот настой применяют вместо спирта при приготовлении настоя № 1. Исходя из урав­нения диффузии, можно сделать вывод, что для максимального извлечения экстрактивных веществ при экстракции по методу настаивания, необходимо проводить ее при максимальных тем­пературах, систематическом перемешивании и в течение как можно большего времени. Метод настаивания (мацерация) имеет существенные недостатки: длительность процесса, доходящая до 30 и более дней; при этом сравнительно большие потери спирта с отработанным материалом и испарением во время перемешивания.

Экстракция методом настаивания имела некоторое распро­странение в первый период введения этого способа извлечения экстрагируемых веществ.

Метод перколяции. В дальнейшем этот метод был разрабо­тан и в настоящее время является основным. Сущность его за­ключается в принудительной циркуляции растворителя через слой экстрагируемого материала. Метод перколяции заключа­ется в непрерывной принудительной прокачке растворителя через неподвижный слой экстрагируемого сырья, при этом концентрация извлекаемого вещества в растворителе по мере его перемешивания увеличивается.

Технологическая схема настаивания по методу перколяции и приготовления настоев приведена на рис. 52.

Рис. 52. технологическая схема получения настоев методом перколяции

 

Сырье в марлевых мешках или в корзинах 2 из перфориро­ванного нержавеющего металла загружают в перколятор 3 (эмалированную емкость с рубашкой для обогрева) и зали­вают из спиртомерника 1 расчетным количеством спирта с помощью насоса 4.

Через 20-30 мин, когда сырье пропитается спиртом и нач­нется процесс извлечения душистых веществ из сырья, вклю­чается насос 4 и начинается циркуляция растворителя между частицами сырья, находящегося в перколяторе. Через 5-7 ч процесс извлечения заканчивается. Полученный настой тем же насосом перекачивается в бак 5 для хранения настоя. Для приготовления настоев различных по концентрации исходный концентрированный настой из бака 5 разбавляют в емкости 6 спиртом, и готовый раствор требуемой концентрации насосом 7 подается в цех приготовления парфюмерных жидкостей.

Отработанное сырье выгружают из перколятора, центрифу­гируют и после утилизации спирта, находящегося в этом сырье, удаляют.

Слабый водно-спиртовой раствор после центрифугирования отработанного сырья используют в дальнейшем в тех­нологии парфюмерии.

Для интенсификации процесса экстрак­ции перколятор подогревается с помощью горячей воды, пода­ваемой в рубашку аппарата, до максимально возможной для растворителя температуры. Для спирта эта температура «е должна превышать 65°С. Исключение составляет настой амб­ры, который получается при трехкратном кипячении ее в аппа­рате с обратным холодильником.

Растворитель. Извлечение (экстрагирование) экстрак­тивных веществ производится жидкостями, растворяющими ду­шистые и другие сопутствующие компоненты. Однако, не каждый растворитель может быть применен для этих целей. Растворитель должен отвечать следующим требованиям: хорошо растворять (извлекать) душистые вещества; быть доступным, т. е. дешевым; быть химически однородным; не растворять сопутствующих душистым веществам балластных веществ.

Наиболее подходящим растворителем является этиловый спирт высшей очистки, который обладает хорошей изби­рательной способностью извлекать полезные компоненты и при этом почти не растворять бесполезные, а иногда и вредные балластные вещества. Спирт извлекает из душистого сырья эфирные масла, смолы, дубильные вещества, алколоиды и их соли, глюкозиды и некоторые кислоты. К балластным веществам относят целлюлозу, крахмал, белковые вещества, угле­воды, минеральные соли, некоторые красящие вещества и т. п. Таким образом, спирт как растворитель удовлетворяет следую­щим требованиям: полностью извлекает душистые вещества; не извлекает балластных веществ; не изменяет запаха душистых веществ; при применении его не создается дополнительных техниче­ских трудностей при приготовлении парфюмерной продукции. Таким образом, из рассмотренных выше основных положе­ний по экстракции, исходя из необходимости повышения эффективности процесса приготовления настоев, напрашивается ряд выводов об ускорении процесса ведения его при максимальных режимах и количествах извлекаемых веществ.

Однако, чрезмерная интенсификация процесса экстрагирования может привести к ухудшению качества получаемых настоев.

Обычно настой является раствором не только желательных душистых веществ, но и некоторых других веществ, попутно извлеченных из сырья, и запах настоя зависит от соотношения в нем тех и других веществ. Изменение обычного соотношения экстрагированных веществ влечет за собой и изменение при­нятого для данного настоя запаха.

Поэтому увеличение скорости процесса и стремление более полно извлечь все компоненты из сырья путем повышения тем­пературного режима или ускорения циркуляции растворителя может привести к ухудшению запаха настоя за счет большего извлечения ненужных веществ. По этой причине при получении настоев не нашли применения прогрессивные методы экстрак­ции, например, последовательного орошения, противотока.

Все сказанное заставляет технологов производства отно­ситься очень осторожно к выбору метода и режима приготовле­ния настоев для каждого отдельного вида сырья.

Технологический процесс приготовления на­стоев начинается с подготовки сырья к экстракции. В зави­симости от сырья применяют следующие методы измельчения экстрагируемого материала: дробление (семя кориандра, ирисовый корень); измельчение (листья пачули); вскрытие мешочков (мускусных); измельчение ножом (костореум); извлечение из рогов (цибет).

Семена кориандра измельчают на дробилке до насыпной массы 0,3 г/см³, листья пачули – до 0,08 – 0,09 г/см³, корни ириса – до 0,7 г/см³.

Мускусные мешочки вскрывают с помощью острого ножа со стороны, лишенной волос, и мускусное зерно вычищают на противень из нержавеющей стали.

Костореум (бобровая струя), содержащийся в железах (ме­шочках) бобра, режут острым ножом на мелкие кусочки.

Цибет – мазеобразное вещество желез дикой африканской кошки виверы, перемешивают и растирают в ступе вместе с отработан­ным ирисовым корнем или кориандровым семенем, а иногда с тальком или промытым песком в соотношении 1 : 1.

Растирание производят для того, чтобы избежать комкова­ния мазеобразной массы цибета, увеличить дренажность смеси и поверхность соприкосновения ее с растворителем. Тщатель­ность подготовки сырья к экстракции оказывает решающее зна­чение на скорость и глубину извлечения компонентов из сырья. Для подготовки сырья к экстракции применяются различные машины, мельницы разных систем, дробилки типа дезинтегра­торов, вальцовки для измельчения, а также различные приспо­собления для резки и растирания.

Следующая стадия процесса производства настоев – собст­венно экстракция. При методе настаивания для большинства видов сырья (кроме амбры) его проводят следующим образом.

Измельченное сырье взвешивают, загружают в аппарат, снабженный ложным дном, и плотно закрывают крышкой. Экс­трагируемый материал заливают спиртом и с помощью горячей воды, подаваемой в рубашку аппарата, подогревают смесь. Экстракция (настаивание) проводится в течение определенного времени, предусмотренного технологической инструкцией в за­висимости от вида экстрагируемого материала. После экстрак­ции выключают горячую воду и аппарат охлаждают до 18 – 20° С, подавая в рубашку холодную воду.

Полученный водно-спиртовой раствор настой № 1 с содержа­нием экстрактных веществ в зависимости от вида сырья от 0,9 до 1,3% сливают в бак для хранения.

Оставшееся в аппарате сырье вторично заливают раствори­телем и продолжают настаивание при той же температуре в течение времени, предусмотренного инструкцией для данного вещества. Получают настой № 2, но со значительно меньшим содержанием экстрактных веществ. Настой № 2 используют различным образом: возвращают в аппарат для получения настоя № 1 вместо спирта (кориандр, пачули, ирис); смешивают с настоем № 1 (амбра, мускус, цибет).

В дальнейшем спирт, оставшийся в отработанном .материа­ле, утилизируют. Для этой цели его заливают водой и остав­ляют на 2-4 ч для извлечения спирта из отработанного мате­риала. Полученный водно-спиртовой раствор крепостью 1-6° используют для промывки сырья при последующих загрузках. Водно-спиртовой раствор, доведенный до крепости 10-20°, применяют для приготовления одеколонов, в состав которых вхо­дит одноименный настой. Отработанное сырье является отхо­дом и подлежит уничтожению. Иногда отходы ирисового корня или семян кориандра используют как носитель в приготовлении настоя цибета. Приготовление настоев животного происхожде­ния несколько отличается от описанной выше технологии при­готовления настоев из растительного сырья температурными режимами, временем настаивания, числом циклов экстракции и аппаратурным оформлением.

Например, при настаивании амбры нагревание ведут до тем­пературы 70-75°С и в схеме предусматривают экстрактор с паровой рубашкой и холодильником для конденсации паров спирта. Особенности получения настоя амбры заключаются не только в аппаратурном оформлении, но и в технологии. В ап­парат, снабженный ложным дном, паровой рубашкой для обо­грева и обратным холодильником загружают измельченную амбру и этиловый спирт в соотношении соответственно 1 : 10. Смесь нагревают до температуры 70-75°С и выдерживают при этой температуре 25-30 мин. После этого нагрев прекращают и в рубашку аппарата пропускают воду для охлаждения настоя до температуры 20-25°С. Настой сливают в бачки и оставляют на некоторое время для отстаивания нерастворимого осадка. Прозрачный настой амбры сливают, а оставшийся оса­док вторично загружают в аппарат и смешивают с амброй, оставшейся в аппарате. Добавляют такое же количество спирта и вновь обрабатывают по способу, описанному выше. Эту опе­рацию проводят два раза.

Настой после трехкратной обработки амбры этиловым спир­том сливают в бак с коническим дном, герметически закрываю­щейся крышкой и спускными кранами. Оставшийся в аппарате осадок амбры промывают спиртом без подогрева. Полученный от промывки спиртовой раствор смешивают с основной массой слитого настоя. Настой перемешивают и оставляют в спокойном состоянии в закрытом баке на 30 дней. По истечении срока прозрачный настой амбры сливают через верхний спускной кран, оставшийся в конической части бака, настой амбры с не­растворимым осадком сливают через нижний спускной кран и фильтруют. Отфильтрованный прозрачный настой добавляют к основной части настоя. Нерастворимый осадок после окончательной промывки спиртом промывают водой и удаляют.

Расходные нормы на получение 1 кг готового настоя амбры следующие: амбра натуральная – 0,029, этиловый спирт – 1,04.

Содержание экстрактивных веществ в настое 2,8 – 3,0%.

Описанные методы получения настоев, несмотря на свою простоту и распространенность в мировой практике, имеют и недостатки. Более прогрессивным и перспективным методом яв­ляется метод извлечения душистых веществ из сырья с помо­щью ультразвука. При изготовлении настоев по данному технологическому процессу извлекается больше душистых веществ, кроме того, значительно сокращается время приготовления настоев. Так, для настоя амбры натуральной оно составляет 40—60 мин, а настоя мускуса натурального – 7-10 ч вместо одного месяца.

Однако, по мнению некоторых парфюмеров, стремление к слишком быстрому и полному извлечению веществ из сырья путем повышения температуры растворителя или ускорения его циркуляции, или применения ультразвука не всегда улучшает качество настоев, так как приводит к некоторому нарушению соотношения душистых и недушистых веществ, извлекаемых из сырья. А изменение этого соотношения влечет за собой и изменение качества запаха этого настоя.

Свежеприготовленные настои не рекомендуется сразу ис­пользовать, их необходимо выстаи­вать в течение некоторого времени.

Обесцвечивание настоев. Большинство настоев интенсивно окрашены. Зеленый или бурый цвет зависит от содержания в них хлорофилла, красно-бурый или красно-коричневый – дубильных веществ и продуктов их окисления. Окрашенные настои передают свою окраску парфюмерным жидкостям, что нежелательно, особенно для духов. В связи с этим применяют частичное или полное обесцвечивание настоев. Метод обесцвечивания основан на адсорбции красящих веществ настоев на поверхности мелкопористых адсорбентов. Для этого настой, подлежащий обесцвечиванию, загружают в эмалиро­ванный бак с рубашкой для обогрева и мешалкой и добавляют (на 1 л настоя) по 0,01-0,02 кг тонко измельченного активи­рованного угля или другого адсорбента. Поддерживая темпе­ратуру 35-40°С при постоянном помешивании настоя, его вы­держивают в течение 1,5-2 ч. Затем проверяют жидкости на степень обесцвечивания. При неудовлетворительных результа­тах процесс повторяют с новой порцией адсорбентов в тех же количествах. После достижения требуемого обесцвечивания на­стой охлаждают и фильтруют. При процессе обесцвечивания не наблюдается изменения или ухудшения запаха настоев (за исключением настоя дубового мха).